接近式光刻仿真研究

摘要

UV-LIGA技术用紫外光源代替同步辐射X光，从而以较为低廉的价格获得较大深宽比的微结构，是一项极具发展潜力的微机械加工技术。紫外光的衍射效应同时也造成了光刻图形的失真，影响了其加工精度的提高，这使得它的实用性受到了一定的影响。为了获得高精度的光刻胶微结构，本课题组已经在国家自然科学基金(NO.60473133)资助下开展了UV-LIGA加工误差矫正方面的工作。作为其中的一部分，本文对接近式紫外光刻的一些关键理论基础问题进行了深入研究，提出了基于部分相干光理论对光刻过程进行模拟的方法，建立了光刻仿真模型，并利用该模型研究误差产生的机理，分析了光刻胶图形失真程度。 论文运用部分相干光理论的基本原理，研究扩展的准单色光源发出的光经照明系统，掩模版和空气间隙，进入光刻胶内部一直到基底的整个传播过程，分析在此过程中光场的相干性和互强度的变化。建立起掩模微结构附近光场相干性的精细求解模型，在此基础上运用互强度传播理论得到光刻胶上光强的分布，使仿真模型更加合理。并用瑞利一索莫菲标量衍射理论，提高了近场和非傍轴区域光强模拟的准确性。 针对影响衍射光强分布的几个重要因素，如掩模与光刻胶之间的间隙，掩模本身误差以及相邻掩模图形之间的距离等对光强分布的影响。研究光刻胶表面衍射光强的分布规律及其对光刻胶面形质量的影响，分析图形转移过程中的失真程度。通过分析某些特别形状的掩模图形来研究图形形状的改变对光强分布规律的影响。 通过对部分相干光理论模型的不同近似方式进行探讨，分析了各自的局限性。研究在保证计算精度的前提下，提高计算效率，以期部分相干光理论模型在大区域光刻图形仿真及基于计算智能的误差修正算法中的实用性。提出的一种较为简单有效的近似方法将部分相干光计算模型的四维积分降为两维积分，大大提高了计算效率。 利用部分相干光理论模型初步研究了接近式紫外深度光刻的仿真。并考虑空气间隙、光在不同介质界面处的反射与折射、光刻胶内部消光系数等对光刻胶内部光强分布的影响，使模拟更接近真实情况。并将接近式和接触式光刻的表达形式统一起来。最后，论文还介绍本课题组在MEMS CAD方面的研发进展和本人参与的工作。 理论研究和实验研究表明基于部分相干光理论的光刻仿真模型能准确地得到衍射光场的分布，进行光刻误差预测，从而能较好的发现曝光图形缺陷，为探索和建立光刻胶微结构图形误差的修正理论提供依据。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1微机电系统

1.2 LIGA技术

1.3准LIGA技术

1.3.1 UV-LIGA(UItraviolet-LIGA)技术

1.3.2 DEM技术

1.3.3 Laser-LIGA技术

1.4课题背景与研究意义

1.5光刻仿真研究现状

1.5.1 DILL模型

1.5.2 MACK显影模型

1.5.3有限时域差分法

1.5.4基于标量波菲涅尔衍射方法

1.5.5光刻仿真软件

1.5.6当前光刻仿真中存在的问题

1.6本论文的主要工作

参考文献

第2章基于部分相干光理论的光刻模型

2.1光刻中光传播理论基础

2.1.1光的标量衍射理论

2.1.2部分相干光理论

2.2利用霍普金斯公式以及互强度的定义求掩模平面的互强度

2.2.1接近式光刻的照明系统

2.2.2掩模平面上任一点对复相干度的计算

2.2.3掩模平面光场相干度的计算结果

2.3利用范西特-泽尼克定理以及互强度传播定理求掩模平面的互强度

2.3.2蝇眼透镜入射平面上任两点的互强度

2.3.3掩模平面上任一点对的复相干度

2.3.4掩模平面光场相干度的计算结果

2.4光刻胶平面的光强分布

2.5两个模型结果的比较

参考文献

第3章表面光强分布规律及影响因素

3.1光刻胶上某一点的光强的变化规律

3.2线条图形的光强分布规律

3.3方孔图形的光强分布及其边角轮廓

3.4影响光强分布的因素

3.4.1掩模到光刻胶之间的间隙的影响

3.4.2掩模畸变的影响

3.4.3相邻图形之间的影响

3.4.4图形内、外角处光强分布的的差异

参考文献

第4章部分相干光理论模型的改进

4.1掩模平面上光场相干性的近似

4.2改进的计算模型

参考文献

第5章接近式深度光刻的仿真

5.1光在吸收介质中的传播

5.2光吸收的朗伯定律

5.3基于部分相干光理论的深度光刻模型

5.3.1光经空气间隙到达光刻胶平面

5.3.2光经光刻胶内部传播到达衬底平面

5.3.3光在光刻胶内部传播时能量损失和和相位变化的考虑

5.4线条图形的深度光刻模拟

5.5微柱图形的深度光刻模拟

参考文献

第6章基于web的协同MEMS CAD系统及其单元模块

6.1系统框架

6.2设计平台

6.3光刻仿真

6.3.1利用光刻仿真数据进行微结构实体建模

6.3.2光刻误差仿真

6.4设计优化

参考文献

第7章论文总结

7.1论文的主要工作和结论

7.2论文的主要特色及创新点

7.3进一步研究的工作展望

攻读博士学位期间发表的论文

致谢